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怎样实现储料罐自动配料系统?

所属分类 : [技术资讯] 发布时间 : 2021-10-13 阅读次数 : 767

在现有储料罐PLC配料系统基础上,结合PLC和上位PC机的优势,通过部分软硬件改造来建构低成本储料罐自动配料系统。计量配料系统探讨了其软硬件构成及控制策略等问题,介绍上位PC与PLC之间的通信机制,以及上位PC机软件设计方法。

自动配料系统是储料罐混合生产过程的重要组成部分。由于上料现场环境差,不适合由操作人员直接在现场进行人工控制。且反应釜混合生产中加入的滑石粉(主要用于去除废渣的S、P等)用量大,手动称料时间长,而在搅拌末期为了调整二乙烯三胺成分,加入的二氧化钛粉,铁粉等价格昂贵,希望称量偏差小,由于加料过程大多是重复性的操作,操作繁锁,操作人员工作劳动强度大,常常出现称量过重等误操作,造成不必要的生产热停工时间。因此如何缩短加料时间,提高合金配料的准确度,降低混合成本,减轻操作员的工作强度是一个迫切需要解决的问题。国内曾研究一些自动配料,大都以单片机为主,稳定性差、安全可靠性不高,以及编程和人机交互困难。此外受混合生产工艺和设备的限制,开发一套功能完整的自动配料系统,不仅控制过程复杂,而且设备投资巨大。另一方面,考虑到现有交流储料罐混合大都采用PLC控制系统,如果充分利用现有PLC资源,以PLC作为主控,普通PC作为上位机,利用管道技术和PLC的中断通信机制,保证上位PC机与PLC之间的实时通信。通过电子称采集到的重量信号,自动控制称重,操作人员通过键盘或鼠标在上位机人机界面(HMI)上输入加料信息(加料种类、重量等),监视上料控制的全过程,打印加料生产报表,实现上料过程的测控管一体化,不失为一种切实可行的有效方法。

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1.加料过程用控制策略

上料过程包括:加料等待、称料、放料等待、放料及退料等五个阶段。在加料等待阶段,小车停反应釜后加料口位置上等待控制命令。在称料阶段,根据操作人员输入的加料参数,小车自动行走至指定的料位下,到位后锁定位置,料仓振动电机开启振料。通过电子称不断地采集进料量,当达到加料设定值一提前量时停车,这里的提前量可由关闭电机到停止振动的时间计算或根据经验获得。当所加物料是造渣剂时(如滑石粉、氧化铝粉等),立即进入放料环节,否则进入放料等待阶段,小车停在原处,等候放料命令的到来。在放料阶段,加料小车根据加料的种类自动行走至反应釜前加料口或反应釜后加料口,小车到位后打开放料阀,放料完毕后小车自动停在加料等待位置(即反应釜后加料口)上,到待下一次加料。当发生加料误操作或小车中存有遗料时,则执行退料程序。

加料实时控制过程由一台PLC控制器来完成,同时利用与上位PC机进行通信,在上位机上完成加料参数设定、数据管理、统计报表、打印等功能。

考虑到自动配料系统的重要性和安全可靠性,仍旧保留原有的手动加料操作手段,因而自动配料系统具有自动控制和手动操作两种工作模式。在自动模式下,操作人员仅需要输入加料的种类(料仓的编号)和重量等少量信息。PLC配料系统自动完成称料、加料的全过程。在手动操作模式下,就完全由操作人员手动来完成。

2.配料系统硬件构成

自动配料系统的硬件结构主要由UPS、PC机、打印机、串行转换卡和PLC、电子秤、阀门、电机、位置检测装置及其它执行机构组成。上位机通过RS232/RS485串行转换卡与PLC通信,高速、稳定、准确地传输数据。

出于安全考虑,设立两台PC机由UPS供电,采用热备份方式工作,其中任何一台PC机发生故障,配料系统仍能可靠地运行。所有的现场设备的控制工作都由PLC完成,上位机只负责提供人机交互界面,进行加料数据输入和显示、存储、统计和报表打印。当两台上位机同时发生故障时,PLC自动地切换到手动操作模式,仍能保证生产的正常进行。同时,PLC配有电池,可以保存所有系统设置参数和现场状态数据。自动配料系统运行过程中,PLC与上位机保持实时通信,从而保证界面上显示的数据与现场的实际数据是一致的,操作人员在上位机上发出的操作命令和设定参数都可以实时送到PLC上执行。

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3.配料系统软计总体设计

自动配料系统的软件包括上位机和PLC两部分。这两个部分需分开编写,并建立相互间的通信协议。上位机和PLC各有自已的功能模块,上位机通过通信子程序,PLC通过通信中断子程序经由RS232/RS485串行总线转换卡建立相互之间的通信联接,数据以帧的形式在两者之间进行传递。

自动配料系统为了兼顾通信速度和执行效率,上位PC机与PLC之间的数据通信格式设有两种,即查询帧和控制帧,查询帧只需一个标识字节,控制帧包含控制信息,需要128个字节或更多。这两种数据帧说明如下:

①控制帧----多个字节。个字节为标识符,值为0。后面字节包含所有的控制信息,如料位号,料重,放料口选择,提前量,是否校秤,是否暂停等等。格式如图4A所示:

②查询帧----只包含一个标识字节,值为1

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上位机与PLC的握手机制如下:

PLC一直以中断方式接收上位机的数据帧。如果是查询帧则马上向上位机传送当前控制信息;如为控制帧,则等执行完后,再送回数据给上位机。如果通信出现故障,PLC进入脱机工作状态,由上位机负责来恢复通信。

为了保持上位机和PLC参数设置和控制状态的一致,PLC负责保存所有自动配料系统的设定参数和现场状态数据。上位机刚开机时,先发查询帧,获得当前PLC的实际状态数据(包括现场数据和操作员以前设定的系统数据)。然后上位机一直向PLC发命令:若有控制动作,则发控制帧;若没有,则发查询帧。正常情况下,PLC接收到上位机的查询帧就立即向上位机发送格式相同的数据回应帧。由于PLC一直在循环执行主程序,以中断的方式处理与上位机之间的通信,并且这种中断优先级高,因而保证了上位机的控制命令能及时得到响应。

4.结论

自动称重配料系统上位机和PLC之间采用严格的算法控制,管道通信技术,减少了系统通信量,提高了通信速度和效率。上位机形象直观的过程模拟画。

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